החוקרים הצליחו לבנות יחידה בת מולקולה אחת, המתפקדת הן כיחידת זיכרון והן כבקר ליחידה הזאת ● שיטה מכאנית מתוחכמת, מאפשרת ליצור מגע חשמלי עם מולקולה בודדת – ולהוכיח כי אפשר למתג אותה ולשלוט במעבר שלה בין שני מצבים של הולכת זרם
מדענים במעבדות המחקר של יבמ בציריך הציגו לאחרונה לראשונה בעולם דרך לאחסון נתונים ברמת המולקולה הבודדת. החוקרים הצליחו לבנות יחידה בת מולקולה אחת, המתפקדת הן כיחידת זיכרון והן כבקר ליחידה הזאת. שיטה מכאנית מתוחכמת, מאפשרת ליצור מגע חשמלי עם מולקולה בודדת – ולהוכיח כי אפשר למתג אותה ולשלוט במעבר שלה בין שני מצבים של הולכת זרם.
המחקר, שתוצאותיו מתפרסמות בגיליון החדש של כתב העת המדעי SMALL, הוא חלק ממאמץ כולל של יבמ לגילוי ולאפיון מולקולות שיוכלו להפוך לאבני הבניין העתידיות ביישומי זיכרון ולוגיקה ממוחשבת. הירידה למימדים של מולקולה בודדת שגודלה ננומטר אחד – מיליונית המילימטר – מספקת הגדרה חדשה של מגבלות המזעור, הרבה מתחת לאפשרויות הקיימות בטכנולוגיות מבוססות סיליקון.
הניסוי של הייק רייל ועמנואל לורשר, מוכיח כי המולקולות מציעות יכולות המאפשרות לבצע את אותן פעולות לוגיות עליהן מתבססות מערכות המיחשוב הקיימות: העברת זרם במולקולה הבודדת מאפשרת למתג אותה למצב חשמלי של “פתוח” (On) או “סגור” (Off) – המקבילים ל-“0” ו-“1” המשמשים לאחסון נתונים. שני המצבים יציבים לחלוטין, ומאפשרים קריאה ברמת הסיבית הבודדת, ללא שינוי תוכן המולקולה הנקראת. יציבות נתונים כזאת היא תנאי הכרחי ליישומי זיכרון מתקדמים: מדעני יבמ תיעדו למעלה מ-500 מחזורי מיתוג רצופים, וזמני מיתוג של כאלפית שניה.
על מנת לטפל במולקולות ברמת המולקולה הבודדת, שיפרו החוקרים שיטה המוכרת כצומת שבירה נשלטת מכאנית – NCBJ. בשיטה הזאת, מותחים “גשר” זעיר מחומר מתכתי הפרוש על גבי מבודד, באמצעות כיפוף מכאני שלו. כאשר הגשר נשבר – נוצרות שתי אלקטרודות, כשרוחב כל קצה הוא מולקולה בודדת. הרווח בין האלקטרודות האלה ניתן לשליטה, בדיוק של פיקומטר בודד (אלפית הננומטר). בשלב הבא, מכסים את האלקטרודות בתמיסה של מולקולות אורגניות. כאשר צומת הרווח נסגר – יכולה מולקולה המסוגלת להתקשר כימית עם האלקטרודות המתכתיות לגשר ולהילכד שם – ואפשר למדוד את המתרחש בה וסביבה.
המולקולות בהן מתמקדים החוקרים תוכננו וסונתזו במיוחד לצורך זה, מחומרים אורגניים. אורכן כ-1.5 ננומטר בלבד – מאית מגודלו של רכיב CMOS בטכנולוגיות המתקדמות ביותר המוכרות כיום. החוקרים מקווים כי בצד החיקוי המושלם של פעולת רכיבי סיליקון – אפשר יהיה לגלות גם תכונות חדשות ונוספות, שיהיו מיוחדות למתג החדש.
ביבמ בודקים בימים אלה שורה ארוכה של טכנולוגיות המועמדות לרשת בעוד כשני עשורים את מקומה של זו הקיימת. אחת הטכנולוגיות הקרובות ביותר למימוש בפועל, היא שימוש בשפורפרות פחמן זעירות ובחיווט ננומטרי ברמת השבב.
ידען ננוטכנולוגיה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~551952999~~~57&SiteName=hayadan
